實驗：探究碰撞中的不變量.ppt

1 實驗：探究碰撞中的不變量,【實驗目的】 1明確探究物體碰撞中的不變量的基本思路 2探究一維碰撞中的不變量 【探究思路】 1一維碰撞 兩個物體碰撞前沿同一直線運動，碰撞后仍沿這一直線運動，這種碰撞叫做一維碰撞,【實驗原理】 兩個物體碰撞前沿同一直線運動，碰撞后仍沿這條直線運動 方案一 利用氣墊導軌實現(xiàn)一維碰撞，實驗裝置如圖16 - 1 - 1所示,圖16 - 1 - 1,圖16 - 1 - 2,(4)實驗方法 用細線將彈簧片壓縮，放置于兩個滑塊之間，并使它們靜止，然后燒斷細線，彈簧片彈開后落下，兩個滑塊隨即向相反方向運動(圖16 1 2甲) 在兩滑塊相碰的端面裝上彈性碰撞架(圖16 1 2乙)可以得到能量損失很小的碰撞 在兩個滑塊的碰撞端分別裝上撞針和橡皮泥，碰撞時撞針插入橡皮泥中，把兩個滑塊連成一體運動(圖16 1 2丙)，這樣可以得到能量損失很大的碰撞,方案二 利用等長懸線懸掛等大的小球?qū)崿F(xiàn)一維碰撞，實驗裝置如圖16-1-3所示 (1)質(zhì)量的測量：用天平測量質(zhì)量 (2)速度的測量：可以測量小球被拉起的角度，根據(jù)機械能守恒定律算出小球碰撞前對應的速度；測量碰撞后兩小球分別擺起的對應角度，根據(jù)機械能守恒定律算出碰撞后對應的兩小球的速度,圖16-1-3,(3)不同碰撞情況的實現(xiàn)：用貼膠布的方法增大兩小球碰撞時的能量損失,方案三 利用小車在光滑桌面上碰撞另一靜止小車實現(xiàn)一維碰撞，兩小車碰撞端分別裝上撞針和橡皮泥實驗裝置如圖16-1-4所示,圖16-1-4,【實驗器材】 方案一 氣墊導軌、光電計時器、天平、滑塊兩個(帶擋光片)、重物、彈簧片、細繩、彈性碰撞架、膠布、撞針、橡皮泥 方案二 帶細線的小球(兩套)、鐵架臺、天平、量角器、坐標紙、膠布等 方案三 光滑長木板、打點計時器、紙帶、小車(兩個)、天平、撞針、橡皮泥,【實驗步驟】 不論采用哪種方案，實驗過程均可按實驗方案合理安排，參考步驟如下： 1用天平測量兩滑塊的質(zhì)量m1、m2，填入預先設計好的表中 2安裝實驗裝置 3使物體發(fā)生碰撞,4測量或讀出碰撞前后相關(guān)的物理量，計算對應的速度，填入預先設計好的表中 5改變碰撞條件，重復步驟3、4. 6進行數(shù)據(jù)處理，通過分析比較，找出碰撞中的“不變量” 7整理器材，結(jié)束實驗,實驗中記錄數(shù)據(jù)用的表格：,續(xù)表,【誤差分析】 1碰撞是否為一維碰撞，是產(chǎn)生誤差的一個重要原因，設計實驗方案時應保證碰撞為一維碰撞避免碰撞過程中兩物體偏離一條直線 2碰撞中是否受其他力(例如：摩擦力)的影響是帶來誤差的又一個重要原因，實驗中要合理控制實驗條件，盡量減小或避免除碰撞時相互作用力外的其他力影響物體速度 3測量及讀數(shù)的準確性也是造成誤差的一個重要原因，實驗中要規(guī)范讀數(shù)和測量，盡量減小誤差因素的影響,【注意事項】 1保證兩物體發(fā)生的是一維碰撞，即兩個物體碰撞前沿同一直線運動，碰撞后仍沿這一直線運動 2若利用氣墊導軌進行實驗，調(diào)整氣墊導軌時注意利用水平儀確保導軌水平 3若利用擺球進行實驗，兩小球靜放時球心應在同一水平線上，且剛好接觸，擺線豎直，將小球拉起后，兩條擺線應在同一豎直面內(nèi) 4碰撞有很多情形我們尋找的不變量必須在各種碰撞情況下都不改變，才符合要求.,紙帶研究碰撞問題,【典例1】 某同學設計了一個用打點計時器探究碰撞中的不變量的實驗：在小車A的前端粘有橡皮泥，推動小車A使之做勻速直線運動，然后與原來靜止在前方的小車B相碰并粘合成一體，繼續(xù)做勻速直線運動他設計的具體裝置如圖1615甲所示在小車A后面連著紙帶，電磁打點計時器的電源頻率為50 Hz，長木板下墊著小木片用以平衡摩擦力,圖16-1-5,(1)若已得到打點紙帶如圖1615乙所示，并將測得的各計數(shù)點間距標在圖上，A為運動起始的第一點則應選_段計算A碰前的速度，應選_段計算A和B碰后的共同速度(填“AB”或“BC”“CD”或“DE”) (2)已測得小車A的質(zhì)量mA0.40 kg，小車B的質(zhì)量mB0.20 kg，由以上測量結(jié)果可得：碰前mAvAmBvB_kgm/s，碰后mAvAmBvB_kgm/s. (3)通過以上實驗及計算結(jié)果，你能得出什么結(jié)論？,解析 (1)小車A碰前做勻速直線運動，打出紙帶上的點應該是間距均勻的，故計算小車碰前速度應選BC段；CD段上所打的點由稀變密，可見在CD段A、B兩小車相互碰撞A、B碰撞后一起做勻速直線運動，所打出的點也應該是間距均勻的，故應選DE段計算碰后速度,碰前mAvAmBvB0.41.05 kgm/s0.420 kgm/s，碰后mAvAmBvB(mAmB)v0.60.695 kgm/s0.417 kgm/s. 答案 (1)BC DE (2)0.420 0.417 (3)碰撞前后，兩小車質(zhì)量與速度乘積之和相等 借題發(fā)揮 解此類問題關(guān)鍵是求小車的速度，而小車碰撞前后的速度求解方法是利用紙帶上勻速運動過程求解，為了減小測量的相對誤差，應多測幾個間距來求速度,【變式1】 如圖1616(a)所示，在水平光滑軌道上停著甲、乙兩輛實驗小車，甲車固定一穿過打點計時器的紙帶，先啟動打點計時器然后給甲車一個水平向右的瞬時力，甲車運動一段距離后，與靜止的乙車發(fā)生正碰并粘在一起運動，紙帶記錄下碰撞前甲車和碰撞后兩車的運動情況如圖1616(b)所示，電源頻率為50 Hz，則碰撞前甲車速度大小為_m/s，碰撞后的共同速度大小為_m/s.,圖16-1-6,答案 0.6 0.4,氣墊導軌研究物體速度,【典例2】 為了研究碰撞，實驗可以在氣墊導軌上進行，這樣就可以大大減小阻力，使滑塊在碰撞前后的運動可以看成是勻速運動，使實驗的可靠性及準確度得以提高在某次實驗中，A、B兩鋁制滑塊在一水平長氣墊導軌上相碰，用閃光照相機每隔0.4 s的時間拍攝一次照片，每次拍攝時閃光的延續(xù)時間很短，可以忽略，如圖1617所示，已知A、B之間的質(zhì)量關(guān)系是mB1.5mA，拍攝共進行了4次，第一次是在兩滑塊相撞之前，以后的三次是在碰撞之后A原來處于靜止狀態(tài)，設A、B滑塊在拍攝閃光照片的這段時間內(nèi)是在10 cm至105 cm這段范圍內(nèi)運動(以滑塊上的箭頭位置為準)，試根據(jù)閃光照片求出：,(1)A、B兩滑塊碰撞前后的速度各為多少？ (2)根據(jù)閃光照片分析說明兩滑塊碰撞前后各自的質(zhì)量與速度的乘積和是不是不變量？,圖16-1-7,(2)碰撞前：mAvAmBvB1.5mA，碰撞后：mAvAmBvB0.75mA0.75mA1.5mA，所以mAvAmBvBmAvAmBvB，即碰撞前后兩個物體各自的質(zhì)量與速度的乘積之和是不變量 答案 見解析,圖16-1-8,(1)把兩滑塊A和B緊貼在一起，在A上放質(zhì)量為m的砝碼，置于導軌上，用電動卡銷卡住A和B，在A和B的固定擋板間放一彈簧，使彈簧處于水平方向上的壓縮狀態(tài),【變式2】 如圖1618所示，在 實驗室用兩端帶豎直擋板 C、D的氣墊導軌和有固 定擋板的質(zhì)量都是M的滑 塊A、B，做探究碰撞中 不變量的實驗：,(2)按下電鈕使電動卡銷放開，同時啟動兩個記錄兩滑塊運動時